Личный кабинет Выйти Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание История России ОГЭ
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Предохранители. Короткое замыкание

Содержание

    Любая электрическая цепь рассчитана на определенную максимально допустимую силу тока. Если по какой-то причине сила тока в цепи превышает это значение, то мы можем столкнуться с неприятными последствиями. Провода начинают так сильно нагреваться, что их изоляция воспламеняется. Это может привести к пожару.

    Что может служить причиной значительного увеличения силы тока в цепи? Во-первых, это может произойти при одновременном включении мощных приборов. Во-вторых, причиной резкого увеличения силы тока в цепи может являться короткое замыкание.

    На данном уроке вы узнаете, что называется коротким замыканием и как оно связано с увеличением силы тока в цепи, а также познакомитесь с новым устройством, обеспечивающим безопасность использования электроприборов, — предохранителем.

    Короткое замыкание

    Начнем с определения.

    Короткое замыкание — это соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

    Такая ситуация может произойти при ремонте проводки, когда ток продолжает идти по цепи. Случайное соприкосновение с открытыми контактами приводит к короткому замыканию.

    Мы уже сказали, что короткое замыкание является причиной резкого повышения силы тока в цепи. Чем объяснить, что при этом сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?

    Дело в том, что сопротивление проводника при коротком замыкании резко уменьшается. Вспомните закон Ома: $I = \frac{U}{R}$. При падении сопротивления сила тока увеличивается. При этом увеличение ее столь существенно, что провода накаляются и могут стать причиной пожара.

    Короткое замыкание при соприкосновении с открытыми контактами

    Рассмотрим подробнее, как происходит короткое замыкание. Как может произойти соприкосновение с открытыми контактами? Например, это произойдет, если засунуть в розетку шпильку для волос или другой металлический предмет (НЕ СЛЕДУЕТ ПРОВЕРЯТЬ ЭТО НА ПРАКТИКЕ).

    Допустим, что сопротивление шпильки в 10 раз меньше, чем среднее сопротивление электроприборов, подключаемых к этой сети: ($R_1 = \frac{R}{10}$). По закону Ома сила тока в таком проводнике увеличится:
    $I_1 = \frac{U}{R_1} = \frac{U}{\frac{R}{10}} = \frac{10U}{R}$.

    То есть сила тока увеличится в 10 раз:
    $I_1 = 10I$.

    А теперь взглянем на закон Джоуля-Ленца и количество тепла, которое выделяет проводник (шпилька) с током:
    $Q_1 = (10I)^2R_1t = (10I)^2 \frac{R}{10}t = 10I^2Rt = 10Q$.

    Получается, что количество теплоты тоже увеличится в 10 раз. В других ситуациях это увеличение может достигать и больших значений. Это как раз и способно привести к воспламенению.

    Короткое замыкание при неисправностях проводки

    Короткое замыкание может произойти и при повреждении проводов или их изоляции. Например, при подключении к сети электроприбора с подобными повреждениями.

    Представьте, что вы включаете в розетку утюг мощностью $500 \space Вт$ (рисунок 1). Напряжение в розетке равно $220 \space В$.

    Рисунок 1. Схема электрической цепи с утюгом

    Чему будет равна сила тока? По определению мощности тока: $P = UI$. Выразим отсюда силу тока и рассчитаем ее:
    $I = \frac{P}{U}$,
    $I = \frac{500 \space Вт}{220 \space В} \approx 2.3 \space А$.

    Зная силу тока в утюге и напряжение, к которому он подключен, рассчитаем его сопротивление, используя закон Ома:
    $I = \frac{U}{R}$,
    $R = \frac{U}{I}$,
    $R = \frac{220 \space В}{2.3 \space A} \approx 96 \space Ом$.

    Сопротивление проводов при этом равно приблизительно $0.1 \space Ом$.

    А теперь представьте, что провод утюга неисправен. Цепь замкнута и по ней течет ток, но он не протекает через утюг, а идет дальше по проводу до розетки — проходит путь AB (рисунок 2).

    Рисунок 2. Короткое замыкание

    Возникает короткое замыкание. Сопротивление проводов очень мало по сравнению с сопротивлением утюга. Это приводит к резкому увеличению силы тока:
    $I = \frac{U}{R}$,
    $I = \frac{220 \space В}{0.1 \space Ом} = 2200 \space A$.

    Это значение почти в 1000 раз больше, чем сила тока, возникающая при правильном подключении электроприбора в сеть. Это же и приводит к огромному увеличению количества тепла, выделяемого проводником, — он может начать плавиться или воспламениться.

    Предохранители

    Для предотвращения резкого увеличения силы тока в цепи существуют специальные приборы — предохранители.

    Предохранитель — это устройство, которое сразу отключает линию, если сила тока оказывается больше допустимой нормы.

    Так, предохранители присутствуют во всех электроприборах — они защищают приборы от выхода из строя.

    Один из самых распространенных видов предохранителей изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом (рисунок 3).

    Рисунок 3. Плавкий предохранитель

    Такие предохранители устанавливаются на входе электроприборов. При повышении силы тока проволока плавится и цепь размыкается. Поэтому такие предохранители называются плавкими.

    Зачастую используются предохранители, основанные на тепловом действии тока (рисунок 4). При нагревании провода расширяются. Реагируя на эти изменения, предохранитель выключается автоматически.

    Рисунок 4. Автоматический предохранитель

    Вспомните выражение «вышибло пробки». Так говорят, когда предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком, и часть приборов (или все) в квартире перестают работать. Это происходит при перегревании проводов, например при одновременном включении большого количества техники. Эти предохранители находятся на специальном щитке (на вводе проводов в квартиру).

    Предохранители имеют свой условный знак для обозначения на схеме электрической цепи (рисунок 5).

    Рисунок 5. Условный знак для обозначения предохранителя на схеме электрической цепи
    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии

    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение